不安定土砂出流潛勢圖 (Potential map of the unstable sediment outflow points)
緣起
為評估全臺鐵公路橋梁受不安定土砂衝擊的潛勢，本產品「不安定土砂出流潛勢圖」
（或簡稱不安定土砂潛勢圖）係以全臺省道及臺鐵橋梁2324處為分析目標，劃設不安定土砂出流口。
115年度共劃設323處不安定土砂出流口，並採用「殘坡不安定土砂」、「河道不安定土砂」、「新生崩塌土砂」為評估指標，
計算集水區內的不安定土砂量，並分析各土砂量的危害度，得到各不安定土砂出流口的潛勢值和潛勢分級。
方法
不安定土砂出流潛勢的計算要素（圖1），包括：
-
殘坡不安定土砂（Unstable Sediment on Slope, USS）
殘坡不安定土砂潛勢值（PUSS）= 殘坡土砂量 × 活動性 × 危害度 -
河道不安定土砂（Unstable Sediment on River, USR）
河道不安定土砂潛勢值（PUSR）= 河道土砂量 × USP值 × 危害度 -
新生崩塌土砂（Landslide Sediment on Slope, LSS）
新生崩塌土砂潛勢值（PLSS）= 新生崩塌土砂量 × 年度折減係數 × 危害度
將上述三項因子的潛勢值加總，得到不安定土砂總潛勢值
Ptotal＝ PUSS ＋ PUSR ＋ PLSS
圖1、不安定土砂潛勢分析示意圖
一、殘坡不安定土砂潛勢值
殘坡不安定土砂潛勢值PUSS的意義，是指坡面殘坡土砂往中下游運移至集水區出口或保全對象的潛勢，
計算上考慮集水區內所有的殘坡土砂量Vs、活動性權重Wact和危害度Hd1共三項因子：
- PUSS： 殘坡不安定土砂潛勢值 [m3]。
- n： 集水區內的殘坡土砂的數量，根據962處殘坡土砂數化成果（綜合113年度和114年度面積 ≥ 2公頃之殘坡）， 以各個殘坡土砂的中心位置套疊集水區圖層，挑選出集水區內的殘坡土砂數量。
- Vs： 殘坡土砂量 [m3]，透過崩坍體積-面積公式 VL = 0.1025 × AL1.401 計算。
- Wact： 殘坡土砂活動性權重，當活動性越高，表示其造成災害的可能性越高， 分別為活動性「高、中、低」賦予 0.9、0.4、0.2 的權重值。
- Hd1： 殘坡土砂的危害度 [-]。根據農村水保署（2024）所定義的方法， 計算方法是以該單元至出流口的高程差除以該單元到出流口的水平流路距離， 意義是該單元土砂運移至集水區出流口的可能性，野溪坡度越陡峭或土砂越接近出流口時， 土砂越可能流出集水區，衝擊中下游的保全對象，如圖2所示。 計算流程如圖3所示，以內政部113年版的20公尺數值地形模型，配合GIS產製單流向法（D8 algorithm）計算的流向圖層， 從各殘坡土砂中心點開始順著流向往下游流動，直到流動至集水區出流口結束， 最終可累加水平流路距離。並計算各殘坡中心點和集水區出流口的高程差 （如圖3，1723 m - 682 m = 1041 m），將高程差除以累加水平流路距離 （如圖3，1041 m / 9190 m = 0.113），得出各個殘坡土砂的危害度。
圖2、不安定土砂危害度計算的示意圖
圖3、殘坡土砂的危害度計算流程的示意圖
接著，將各個殘坡的土砂量、活動性權重和殘坡土砂的危害度相乘，得出各殘坡的不安定土砂潛勢值。最後，將各集水區內的殘坡不安定土砂潛勢值加總，得出殘坡不安定土砂潛勢值。
二、河道不安定土砂潛勢值
河道不安定土砂潛勢值（
PUSR
）的意義，是指堆積於河道中的土砂往中下游運移至集水區出流口或保全對象的潛勢，
計算上考慮集水區內所有的河道土砂量（
Vr
）、單位溪流功率指數（
WUSP
）的權重和危害度（
Hd2
）共三項因子：
- PUSR： 河道不安定土砂潛勢值 [m3]。
- n： 集水區內的河道土砂的數量，根據河道土砂分析結果， 套疊21000個QPE網格（解析度1.3 km × 1.3 km）和不安定土砂集水區範圍， 分割出河道土砂單元，對應出集水區內的河道土砂數量。
- Vr： 河道土砂量 [m3]，以根據最近一期（例如2024年）遙測影像變化的河道邊界， 內插河道的水平高程，再與前一期DEM（例如2013年）相減計算河道中的堆積量（圖4）， 其計算結果代表102年至113年間的河道土砂量。
- WUSP： 單位溪流功率指數的權重 [-]，根據單位溪流功率指數（unit stream power, USP）的計算數值分級， 當USP值越大，表示河流的泥砂搬運能越強，越可能將土砂搬運至集水區出流口，單位為 [W/m2]。 當 USP < 10 K、10 K ≤ USP < 25 K、25 K ≤ USP < 40 K、40 K ≤ USP < 90 K、USP ≥ 90 K 時， 分別賦予 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 的權重值。
- Hd2： 河道土砂的危害度 [-]，其定義和計算方法與前述的殘坡土砂的危害度相似， 差別僅在於需將河道單元搭配QPE網格和不安定土砂集水區範圍， 分割成較小的河道單元後，較能代表各土砂其空間位置的特性（圖5）。
圖4、河道範圍不安定土砂判釋方法與估算示意圖
圖5、QPE網格切割河道土砂單元示意圖
接著，將各個河道單元的土砂量、單位溪流功率指數的權重和河道土砂的危害度相乘，得出各河道單元的不安定土砂潛勢值。最後，將各集水區內的河道不安定土砂潛勢值加總，得出河道不安定土砂潛勢值。
三、新生崩塌土砂潛勢值
新生崩塌土砂潛勢值(PLSS)的意義，是指邊坡新生崩塌地其土砂量往中下游運移至集水區出流口或保全對象的潛勢，計算上考慮集水區內所有的新生崩塌土砂量(VL）、年度折減係數(Wyear)和危害度(Hd3)共三項因子：
- PLSS ：新生崩塌不安定土砂潛勢值 [m3]。
- n ：集水區內新生崩塌的數量，近五年的事件型崩塌目錄判釋成果（如圖6），例如115年度的分析是採用110-114年度的事件型崩塌目錄，挑選面積大於等於2公頃的新生崩塌，將各個新生崩塌的中心位置套疊集水區圖層，挑選出集水區內的新生崩塌土砂數量。
- VL ：新生崩塌土砂量 [m3]，透過崩塌體積-面積公式VL = 0.1025 × AL1.401計算。
- Wyear ：新生崩塌的年度折減係數 [-]，其意義為較新的崩塌的活動性較高，且殘存於坡面上的不安定土砂數量較多； 較舊的崩塌的活動性較低，且隨著時間的增加，部分土砂已運移至出流口下游或主流。 折減係數係參考農村水保署之土石流潛勢溪流的有效累積雨量，以0.7為折減係數， 根據事件型崩塌目錄的年份以0.7的n年前（n值為與基準年的年度差）的次方進行指數計算，各年度新生崩塌的年度折減係數如表1所列。
- Hd3 ：新生崩塌土砂的危害度 [-]，其計算方法與殘坡土砂的危害度（Hd1）相同。
表1、110-114年度新生崩塌的年度折減係數
| 事件型崩塌 目錄年度 |
與基準年（115年） 的年度差距 |
計算式 0.7(n年前) |
新生崩塌 年度折減係數 |
|---|---|---|---|
| 114年 | 1年 | 0.71 | 0.70 |
| 113年 | 2年 | 0.72 | 0.49 |
| 112年 | 3年 | 0.73 | 0.34 |
| 111年 | 4年 | 0.74 | 0.24 |
| 110年 | 5年 | 0.75 | 0.17 |
圖6、110-114年事件型崩塌目錄
（以立霧溪流域為例）
（以立霧溪流域為例）
接著，將各個新生崩塌的土砂量、新生崩塌的年度折減係數和新生崩塌土砂的危害度相乘，得出各新生崩塌的不安定土砂潛勢值。最後，將各集水區內的新生崩塌土砂潛勢值加總，得出新生崩塌土砂潛勢值。
四、劃設不安定土砂出流點
不安定土砂出流口的劃設流程如圖7所示，115年度之劃分依據與實施方法說明如下：
- 以111年版不安定土砂出流潛勢圖所挑選一級河川、上游近五年存在的新生崩塌和殘坡土砂 （其中殘坡土砂資料始於113年度）之省道及臺鐵橋梁為分析標的，共計劃設323處不安定土砂出流口。
- 鄰近的兩座以上橋梁合併為同一個出流口。
- 跨越多條河流的單一橋梁合併為同一個出流口。
- 根據每個出流口的位置，配合內政部20公尺數值高程模型（DEM）， 獨立劃設各出流口的上游集水區範圍。
- 出流口的上游集水區不受400公頃面積限制。
圖7、不安定土砂出流口的劃設流程
圖8、不安定土砂出流口的劃設（以玉穗溪為例）
結果與討論
115年不安定土砂出流潛勢圖
根據上述分析方法，完成殘坡不安定土砂潛勢值、河道不安定土砂潛勢值及新生崩塌土砂潛勢值之計算， 並進行不安定土砂出流口之劃設及其集水區界定。
將各集水區潛勢值加總，可得不安定土砂出流潛勢值，其單位為 立方公尺。
不安定土砂出流潛勢分級
依據數值頻率分布，將潛勢值區分為五個等級：
- 低潛勢值： 0.0 ≤ ln(Pt / Area) < 1.0
- 中潛勢值： 1.0 ≤ ln(Pt / Area) < 2.4
- 中高潛勢值： 2.4 ≤ ln(Pt / Area) < 3.6
- 高潛勢值： 3.6 ≤ ln(Pt / Area) < 5.5
- 極高潛勢值： ln(Pt / Area) ≥ 5.5
（註：Area 為集水區面積，單位為公頃）
各分級數量統計結果如表2所示，成果圖如圖9。
圖9、115年全臺不安定土砂出流潛勢圖
藉由本研究所提出之方法，可以快速篩查出宜優先關注之不安定土砂區位（表2）。結果顯示，在323處不安定土砂出流口中，屬於極高潛勢者共計18處（表3） 。
表2、115年全臺不安定土砂出流潛勢值的計算結果與分級
| 潛勢分級 | P值 | 分群 | 各分級數量 | |
|---|---|---|---|---|
| 處數 | % | |||
| 低 | 0.0 ≤ P < 1.0 | 1 | 162 | 50.1 |
| 中 | 1.0 ≤ P < 2.4 | 2 | 39 | 12.1 |
| 中高 | 2.4 ≤ P < 3.6 | 3 | 59 | 18.3 |
| 高 | 3.6 ≤ P < 5.5 | 4 | 45 | 13.9 |
| 極高 | P ≥ 5.5 | 5 | 18 | 5.6 |
| 合計 | 323 | 100 | ||
表3、115年度18處極高潛勢不安定土砂及其影響鐵公路橋梁之位置與相關資訊
| 區域分類 | 縣市 | 鄉鎮區 | 流域名稱 | 橋梁名稱 | 交通路線 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0403 花蓮地震災區 |
花蓮縣 | 秀林鄉 | 卡那岸沿溪 | 和中橋 | 台9公路 |
| 卡南橋 | 台9公路 | ||||
| 良里溪 | 新和仁溪橋 | 北迴鐵路 | |||
| 大清水溪 | 清水橋 | 台9公路 | |||
| 東大清水溪橋 | 北迴鐵路 | ||||
| 小清水溪 | 小清水橋 | 台9公路 | |||
| 東小清水溪橋 | 台9公路 | ||||
| 下清水橋 | 台9公路 | ||||
| 德惠橋 | 台9公路 | ||||
| 西崇德一號橋 | 北迴鐵路 | ||||
| 立霧溪 | 關原橋 | 台8公路 | |||
| 魯丹橋 | 台8公路 | ||||
| 高屏溪 流域 |
高雄市 | 桃源區 | 高屏溪／荖濃溪 | 明霸克露橋 | 台20公路 |
| 綠茂橋 | 台20公路 | ||||
| 天池橋 | 台20公路 | ||||
| 其他 | 花蓮縣 | 萬榮鄉 | 花蓮溪／馬太鞍溪 | 馬太鞍溪橋 | 台9公路 |
| 南投縣 | 信義鄉 | 濁水溪／陳有蘭溪 | 單及娜橋 | 台21公路 | |
| 臺東縣 | 海端鄉 | 卑南溪／加鹿溪 | 加鹿溪橋 | 台9公路 |
後續應用
- 根據研究結果，集水區內土砂的分布及量體可作為評估不安定土砂潛勢的重要指標。
- 運用高解析度衛星影像與數值地形模型，針對集水區內土砂的分布及量體進行精確分析，並依據殘坡/河道不安定土砂、近五年事件型崩塌目錄等資料，建置不安定土砂出流潛勢模型，以評估不安定土砂出流潛勢的高低。
- 不安定土砂出流潛勢圖能夠有效識別出高風險區域，為防災工作提供關鍵依據。更有利於相關部門可優先針對高潛勢集水區進行防災規劃，以期降低土砂災害對基礎設施和居民生命財產的威脅。
更多資訊
可直接透過BigGIS圖台展示全不安定土砂出流潛勢分布的成果，快速套疊至各式相關圖層（圖10）。
※BigGIS路徑：基礎圖層/核心圖層/防災資訊/115年不安定土砂出流潛勢圖
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圖10、BigGIS展示115年全臺不安定土砂出流潛勢的分布
參考資料
- 農業部農村發展及水土保持署（2025）。114年土砂災害空間資訊蒐集判釋與變遷分析。南投，台灣：農業部農村發展及水土保持署。
